PL188267B1

PL188267B1 - Sposób wykrywania braku zapłonu w silniku spalinowym oraz układ do wykrywania braku zapłonu w silniku spalinowym

Info

Publication number: PL188267B1
Application number: PL98342539A
Authority: PL
Inventors: Massimo Ceccarani; Corrado Rebottini; Riccardo Bettini; Piero Campi
Original assignee: Automobili Lamborghini Spa
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1998-08-17
Publication date: 2005-01-31
Also published as: CZ20003091A3; IT1298944B1; NO20004005L; AU9183398A; KR100557667B1; AU750684B2; CA2320082A1; KR20010041275A; PL342539A1; ITMI980363A1; JP2002505418A; JP4152588B2; DE69803945T2; NO20004005D0; ATE213542T1; HK1033770A1; DK1056999T3; YU52100A; HRP20000534A2; WO1999044028A1

Abstract

1. Sposób wykrywania braku zaplo- nu w silniku spalinowym, polegajacy na mierzeniu wartosci cisnienia gazów spali- nowych podczas co najmniej jednego cy- klu pracy silnika i porównywaniu z warto- scia oczekiwana, znamienny tym, ze pro- wadzi sie próbkowanie wartosci cisnienia gazów spalinowych z czestotliwoscia pro- porcjonalna do predkosci obrotowej walu korbowego, nastepnie analizuje sie prób- kowany sygnal cisnienia w dziedzinie cze- stotliwosci i na podstawie tej analizy wy- znacza sie wspólczynnik braku zaplonu, który porównuje sie z co najmniej jedna wartoscia progowa oraz stwierdza sie ewentualny brak zaplonu w jednym lub wielu cylindrach silnika spalinowego. F i g . 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wykrywania braku zapłonu w silniku spalinowym oraz układ do wykrywania braku zapłonu w silniku spalinowym.

Wiadomo, że w celu monitorowania działania silnika spalinowego, zwłaszcza silnika wyścigowego z dużą liczbą cylindrów, pożądane jest wykrywanie występowania braku zapłonu mieszanki w jednym lub wielu cylindrach. Problem ten odgrywa ważną rolę, ze względu na coraz surowsze przepisy dotyczące kontrolowania zanieczyszczających spalin.

188 267

Z opisu US 5 576 936 jest znany sposób wykrywania braku zapłonu w silniku spalinowym, polegający na mierzeniu nagłych wahań prędkości obrotowej wału korbowego za pomocą czujnika elektronicznego usytuowanego blisko koła zamachowego. Czujnik ten jest dołączony do usytuowanego wewnątrz samochodu zespołu sterowania, który otrzymuje wszystkie dane dotyczące silnika, wysyłane przez odpowiednie czujniki. Przez obliczanie tych wahań prędkości w zależności od dostarczanego momentu obrotowego możliwe jest zidentyfikowanie ewentualnego braku zapłonu w jednym cylindrze silnika.

Z opisu US 4 189 940 jest znany sposób wykrywania braku zapłonu w silniku spalinowym, polegający na mierzeniu prędkości kątowej wału korbowego silnika i analizowaniu w dziedzinie częstotliwości.

Z opisu US 5 109 825 jest znany sposób wykrywania braku zapłonu w silniku spalinowym polegający na mierzeniu wartości ciśnienia gazów spalinowych i porównywaniu z odpowiednią wartością oczekiwaną. Z tego opisu jest znany również układ do wykrywania braku zapłonu w silniku spalinowym, mający co najmniej jeden czujnik wartości ciśnienia gazów spalinowych w rurach wydechowych oraz komparator porównujący te wartości z wartością oczekiwaną.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu i układu do wykrywania braku zapłonu w silniku spalinowym, pozwalających na dokładne identyfikowanie, w którym cylindrze wystąpił brak zapłonu, o niskim prawdopodobieństwie błędu.

Sposób wykrywania braku zapłonu w silniku spalinowym, polegający na mierzeniu wartości ciśnienia gazów spalinowych podczas co najmniej jednego cyklu pracy silnika i porównywaniu z wartością oczekiwaną, według wynalazku charakteryzuje się tym, że prowadzi się próbkowanie wartości ciśnienia gazów spalinowych z częstotliwością proporcjonalną do prędkości obrotowej wału korbowego, następnie analizuje się próbkowany sygnał ciśnienia w dziedzinie częstotliwości i na podstawie tej analizy wyznacza się współczynnik braku zapłonu, który porównuje się z co najmniej jedną wartością progową oraz stwierdza się ewentualny brak zapłonu w jednym lub wielu cylindrach silnika spalinowego.

Próbkowanie wartości ciśnienia gazów spalinowych korzystnie rozpoczyna się z początkiem cyklu pracy silnika.

Układ do wykrywania braku zapłonu w silniku spalinowym, mający co najmniej jeden czujnik wartości ciśnienia gazów spalinowych w rurach wydechowych oraz komparator porównujący te wartości z wartością oczekiwaną, według wynalazku charakteryzuje się tym, że ma zespół sterowania, posiadający co najmniej jeden sterownik, połączony z co najmniej jednym czujnikiem wartości ciśnienia gazów spalinowych w rurach wydechowych oraz połączony z co najmniej jednym czujnikiem obrotów wału korbowego, przy czym zespół sterowania ma co najmniej jeden przetwornik analogowo-cyfrowy sygnału elektrycznego ciśnienia gazów spalinowych w rurach wydechowych, co najmniej jeden człon próbkujący sygnału przetworzonego do postaci cyfrowej połączony z pamięcią do przechowywania próbkowanego sygnału, jak również co najmniej jeden analizator próbkowanego sygnału w dziedzinie częstotliwości, stanowiący zarazem komparator porównujący współczynnik braku zapłonu z co najmniej jedną wartością progową.

Zespół sterowania jest, korzystnie, połączony z co najmniej jednym czujnikiem obrotu wałka rozrządu. Zespół sterowania ma, ewentualnie, co najmniej jeden człon sterowania częstotliwością próbkowania połączony z czujnikiem obrotów wału korbowego. Zespół sterowania jest, w szczególności, połączony z co najmniej jednym czujnikiem temperatury chłodziwa i co najmniej dwoma czujnikami temperatury i ciśnienia powietrza w kolektorach wlotowych. Zespół sterowania jest, ewentualnie, połączony z co najmniej jedną lampką sygnalizacyjną sygnalizującą brak zapłonu w co najmniej jednym cylindrze silnika.

Zespół sterowania jest, korzystnie, połączony z czujnikiem położenia przepustnicy silnika. Zespół sterowania jest, ewentualnie, połączony z co najmniej jednym czujnikiem temperatury w rurach wydechowych.

Dzięki próbkowaniu i późniejszej analizie w dziedzinie częstotliwości wartości ciśnienia zmierzonych w rurach wydechowych, sposób według wynalazku zapewnia znaczną dokładność i niezawodność wykrywania braku zapłonu w silniku spalinowym. Jeżeli zapłon silnika działa regularnie, okresowe otworzenia zaworów wydechowych cylindrów wytwarzają impulsy ciśnienia w rurach wydechowych o takiej samej okresowości i o podobnych kształtach

188 267 przebiegu. Natomiast w przypadku braku zapłonu w jednym z cylindrów, odpowiedni impuls ciśnienia jest zmieniony, przez co zmienia się okresowy przebieg wartości ciśnienia. Odniesienie dla synchronizacji z częstotliwością impulsów jest łatwo uzyskiwane z czujników prędkości obrotowej wału korbowego i/lub wałka rozrządu.

Przez analizę próbkowanego sygnału w dziedzinie częstotliwości możliwe jest określenie, czy podczas jednego cyklu pracy silnika wystąpił tylko jeden, czy więcej braków zapłonu. W rzeczywistości amplituda modułu różnych harmonicznych próbkowanego sygnału zależy od liczby cylindrów, w których wystąpił brak zapłonu.

Przez analizę próbkowanego sygnału w dziedzinie częstotliwości można określić nie tylko brak zapłonu, ale również położenie cylindra, w którym on wystąpił. Znajomość kolejności zapłonu w cylindrach i porównanie fazy pierwszej harmonicznej próbkowanego sygnału z fazą pierwszego cylindra daje różnicę fazy, która wskazuje położenie cylindra, w którym wystąpił brak zapłonu.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony, w przykładach wykonania, na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia schematycznie układ według wynalazku, fig. 2 - schemat blokowy realizacji sposobu według wynalazku, fig. 3a, 3b i 3c - trzy wykresy ciśnienia w funkcji obrotu wału korbowego, fig. 4a, 4b i 4c - inne trzy wykresy ciśnienia w funkcji obrotu wału korbowego, fig. 5a, 5b i 5c - trzy wykresy współczynnika braku zapłonu w funkcji liczby cykli pracy silnika, fig. 6 - transformację fourierowską wykresu z fig. 3a, a fig. 7a, 7b i 7c przedstawiają, we współrzędnych biegunowych, trzy wykresy podstawowej harmonicznej ciśnienia na wykresach z fig. 3a, 3b i 3c.

Na fig. 1 pokazano, że układ według wynalazku ma zespół sterowania 1 (oznaczony linią przerywaną), który z kolei zawiera parę połączonych ze sobą sterowników elektronicznych 2, 2', z których każdy steruje jednym z dwóch rzędów cylindrów 3, 3' silnika. W przykładzie wykonania opisano silnik Vl2, posiadający dwa rzędy po sześć cylindrów 3, 3' każdy, ale w innych przykładach liczba cylindrów i/lub rzędów może oczywiście być inna. Sterowniki 2, 2', są dołączone w znany sposób do pary czujników 4, 4' temperatury chłodziwa i do dwóch par czujników 5, 5' i 6, 6' odpowiednio temperatury i ciśnienia powietrza w kolektorach wlotowych 7, 7'. Sterowniki 2, 2', są również dołączone do pary czujników lambda 8, 8' do analizowania zawartości tlenu w rurach wydechowych 9, 9', do dwóch szeregów wtryskiwaczy 10, 10', które wtryskują paliwo w przewody wlotowe 11, 11' cylindrów 3, 3', jak również do pary cewek zapłonowych 12, 12'. Rury wydechowe 9, 9' są korzystnie wyposażone również w parę czujników temperatury 13, 13' dołączonych do sterowników 2, 2'.

Układ zawiera odpowiednio czujnik 14 prędkości obrotowej koła zamachowego 15 integralnego z wałem korbowym oraz dalszą parę czujników 16, 16' obrotu wałka rozrządu 17. Te czujniki 14, 16 i 16' są dołączone do sterowników 2, 2' tak, że te ostatnie na podstawie otrzymanych danych mogą obliczyć w czasie rzeczywistym prędkość i kąt obrotu wału korbowego podczas cyklu pracy silnika. Istnienie czujników 14, 16 i 16' jest konieczne ze względu na to, że koło zamachowe 5 w silniku czterosuwowym robi dwa obroty (720°) na cykl, przy czym odniesienie zapewniane przez czujniki 16,16' pozwala na odróżnienie pierwszego obrotu od drugiego.

W celu przeprowadzenia sposobu według wynalazku, w dwóch rurach wydechowych 9, 9', są prawidłowo umieszczone dwa bardzo dokładne czujniki ciśnienia 18, 18' dołączone do sterowników 2, 2', przy czym wymienione czujniki wysyłają w czasie rzeczywistym sygnał elektryczny, którego napięcie jest proporcjonalne do zmierzonego ciśnienia. Ponadto sterowniki 2, 2' są dołączone do pary lampek sygnalizacyjnych 19, 19' umieszczonych wewnątrz samochodu, do przyłącza 20 zewnętrznego procesora oraz do czujnika 21 położenia przepustnicy 22.

Na fig. 2 pokazano, że sposób według wynalazku obejmuje po pewnym czasie od rozruchu silnika pierwszy etap okresowego sprawdzania, np. co sekundę, stanu pracy silnika. W celu uzyskania niezawodnych wyników korzystne jest, by proces ten był przeprowadzany tylko wtedy, jeżeli pewne parametry silnika są w ustawionym zakresie wartości. W szczególności, sposób według wynalazku jest uaktywniany tylko wtedy, gdy temperatura chłodziwa mierzona przez czujniki 4, 4', temperatura powietrza mierzona przez czujniki 5, 5' i ciśnienie powietrza mierzone przez czujniki 6, 6' w kolektorach 7, 7' są powyżej pewnych progów zapisanych w pamięci sterowników 2, 2'. Ponadto sterowniki te sprawdzają czy prędkość obrotowa badana przez czujnik 14 jest w ustawionym zakresie.

188 267

Tabela 1 poniżej przedstawia przykład wartości spełniających warunki rozpoczęcia procesu.

Tabela 1: Warunki rozpoczęcia

Minimalna prędkość obrotowa	990 obr/min
Maksymalna prędkość obrotowa	7550 obr/min
Okres kontroli stanu	1 s
Opóźnienie od uruchomienia silnika	10 s
Minimalna temperatura chłodziwa	20°C
Minimalna temperatura powietrza	20°C
Minimalne ciśnienie bezwzględne w kolektorach 7, 7'	33,33 kPa

Dalszym warunkiem uruchomienia sposobu może być osiągnięcie pewnego otwarcia przepustnicy 22 sprawdzonego przez czujnik 21.

Jeżeli powyższe warunki są spełnione, na początku cyklu pracy silnika, zgodnie z pewnym położeniem wałka rozrządu 17 wykrywanym przez czujniki 16, 16', sterowniki 2, 2' rozpoczynają próbkowanie sygnałów elektrycznych wysyłanych przez czujniki 18, 18', proporcjonalnych do ciśnienia wewnątrz rur wydechowych 9, 9'. Te sygnały analogowe są przetwarzane w znany sposób w postać cyfrową, a następnie zapisywane w pamięci buforowej w każdym sterowniku 2, 2'. Częstotliwość próbkowania jest odpowiednio synchronizowana z prędkością obrotową koła zamachowego 15, mierzoną przez czujnik 14 tak, że przy końcu cyklu pracy silnika, wykrywanym przez czujniki 16 i 16', zapisana jest ustalona liczba, np. 64, próbek ciśnienia. Chociaż reakcja czujników ciśnienia 18, 18' jest prawie natychmiastowa, aby nastąpiła dokładna synchronizacja z silnikiem, sterowniki 2, 2' uwzględniają opóźnienie, prawie stałe, powodowane przez czas potrzebny na przejście impulsu ciśnienia od zaworów wylotowych cylindrów 3, 3' do czujników ciśnienia 18, 18' wzdłuż rur wydechowych 9, 9'. Dzięki czujnikom temperatury 13, 13' możliwe jest kompensowanie bardzo małych wahań tego opóźnienia powodowanych przez wahania temperatury w rurach 9, 9'.

Po próbkowaniu, wartości ciśnienia odpowiadające cyklowi pracy silnika są przetwarzane przez sterowniki 2, 2', które równocześnie próbkują inny szereg wartości ciśnienia, które są zapisywane w dalszej pamięci buforowej do późniejszego przetwarzania.

Takie przetwarzanie przeprowadzane przez każdy procesor sterowników 2, 2' odpowiednio obejmuje analizę w dziedzinie częstotliwości, a zwłaszcza transformację fourierowską próbkowanego sygnału, przez którą otrzymuje się dwa szeregi współczynników odpowiadających części rzeczywistej i części urojonej pierwszej harmonicznej sygnału. W szczególności, w przedstawionym przykładzie wykonania obliczane są współczynniki pierwszych 32 harmonicznych próbkowanego sygnału, ale w innych przykładach wykonania oczywiście możliwe jest obliczanie innej liczby harmonicznych w zależności od potrzeb.

Współczynniki te są wykorzystywane do obliczania, w znany sposób, modułów pierwszych harmonicznych, np. pierwszych trzech, a następnie przez łączenie wartości tych modułów otrzymywanie współczynnika, który umożliwia wykrycie braku zapłonu w jednym lub w kilku z cylindrów 3, 3'. Taki współczynnik braku zapłonu można obliczać różnymi sposobami, np. przez dodawanie lub mnożenie modułów harmonicznych. Przed takim dodaniem lub mnożeniem moduły te mogą być ewentualnie mnożone lub podnoszone do potęgi z różnym współczynnikiem dla każdej harmonicznej, tak aby otrzymać dodawanie lub mnożenie z wagą. W przedstawionym przykładzie współczynnik braku zapłonu jest obliczany przez proste dodawanie modułów pierwszych trzech harmonicznych.

Po obliczeniu wymienionego współczynnika jest on porównywany z ustawionymi wartościami progowymi zapisanymi w sterownikach 2, 2'. Tabela 2 poniżej przedstawia przykłady wartości progowej współczynnika braku zapłonu, otrzymanych doświadczalnie w funkcji prędkości obrotowej silnika mierzonej przez czujnik 14 i w funkcji ciśnienia w kolektorach 7, 7', mierzonego przez czujniki 6, 6'.

188 267

T a b el a 2:

Wartości progowe współczynnika braku zapłonu

--- kPa 4	obr/min 4
1100	2000	3000	4000	5000	6000	7000	7500
40,00	HO	110	124	130	144	148	156	168
60,00	115	120	148	156	180	188	196	204
79,99	130	140	180	188	236	248	256	268
101,33 -	150	162	224	264	292	300	312	320

Sterownik 2 lub 2', który wykrywa przekroczenie wymienionego progu, sygnalizuje za pomocą lampki sygnalizacyjnej 19 lub 19', że brak zapłonu wystąpił w odpowiednim rzędzie cylindrów 3 lub 3’.

Z tą chwilą sterownik 2 lub 2', który wykrył brak zapłonu, korzystnie porównuje moduł każdej z pierwszych trzech harmonicznych z ustawionymi wartościami progowymi również zapisanymi w funkcji prędkości obrotowej silnika i z ciśnieniem w odpowiednim kolektorze 7 lub 7'. Jeżeli wszystkie trzy moduły są w zakresie wartości pomiędzy progiem minimalnym a progiem maksymalnym, wykryty jest pojedynczy brak zapłonu, to znaczy brak zapłonu wystąpił w tylko jednym z cylindrów 3 lub 3', a w przeciwnym razie wykryty jest wielokrotny brak zapłonu, to znaczy brak zapłonu wystąpił w co najmniej dwóch z cylindrów 3 lub 3' należących do jednego rzędu.

Poniższe tabele 3.1, 3.2, 4.1, 4.2, 5.1 i 5.2 przedstawiają przykłady minimalnych wartości i amplitud zakresów progów modułów pierwszych trzech harmonicznych.

Tabela 3.1:

Minimalne wartości progowe modułu pierwszej harmonicznej

188 267

Tabela 4.2:

Amplituda zakresu modułu drugiej harmonicznej

kPa 4	obr/min 4
1100	2000	3000	4000	5000	6000	7000	7500
40,00	48	64	72	96	80	72	56	52
60,00	48	80	112	92	104	68	52	48
79,99	72	108	140	124	136	96	80	60
101,33	96	124	172	168	160	136	88	72

Tabela 5.1:

Minimalne wartości progowe modułu trzeciej harmonicznej

kPa 4	obr/min 4
1100	2000	3000	4000	5000	6000	7000	7500
40,00	0	0	0	0	0	0	0	0
60,00	0	0	0	0	0	0	0	0
79,99	8	4	4	4	8	4	0	0
101,33	4	4	4	12	12	8	4	4

Tabela 5.2:

Amplituda zakresu modułu trzeciej harmonicznej

kPa 4	obr/min 4
1100	2000	3000	4000	5000	6000	7000	7500
40,00	92	72	52	124	40	132	144	152
60,00	92	88	84	88	64	84	64	60
79,99	88	104	112	68	96	48	28	24
101,33	88	124	160	136	160	80	80	80

Jeżeli brak zapłonu wykryty został tylko w jednym z sześciu cylindrów 3 lub 3', odpowiedni sterownik 2 lub 2' może określić położenie cylindra, w którym nastąpił brak zapłonu, przez pierwsze obliczenie w znany sposób fazy pierwszej harmonicznej. Następnie przez odjęcie fazy pierwszej harmonicznej od fazy pierwszego cylindra cyklu pracy silnika, zapisanej w sterownikach 2, 2' za pomocą tabeli w funkcji prędkości obrotowej silnika, otrzymuje się różnicę faz, która w przybliżeniu jest zgodna z fazą cylindra, w którym wystąpił brak zapłonu.

Przykładowo, jeżeli przy danej prędkości obrotowej silnika faza pierwszego cylindra w cyklu pracy silnika wynosi 210°, brak zapłonu wystąpił w pierwszym, drugim, trzecim, czwartym, piątym lub szóstym cylindrze w kolejności zapłonu, kiedy faza pierwszej harmonicznej wynosi odpowiednio 180° i 240°, 120° i 180°, 60° i 120°, 0° i 60°, 300° i 360° lub 240° i 300°.

Tabela 6 poniżej przedstawia zależność pomiędzy prędkością obrotową. silnika a fazą pierwszego cylindra w celu określenia położenia cylindra, gdzie wystąpił brak zapłonu.

Tabela 6:

Zależność pomiędzy prędkością obrotową silnika a fazą pierwszego cylindra

obr/min	Faza
1	2
510	164°
990	140°
1500	106°

188 267

c.d. tabeli 6

1	2
2010	80°
2490	58°
3000	36°
3510	16°
3990	0°
3990	360°
4500	348°
5010	338°
5490	328°
6000	320°
6510	312°
6990	302°
7500	292°

Każde wykrycie braku zapłonu w jednym z cylindrów silnika, jak również usytuowanie odpowiedniego cylindra w przypadku pojedynczego braku zapłonu, zapisywane jest w odpowiednich licznikach w pamięci sterowników 2, 2'. Pamięć ta może być odczytywana, poprzez przyłącze 20, przez zewnętrzny procesor podczas obsługi serwisowej samochodu, tak aby zdiagnozować ewentualne usterki silnika.

Na fig. 3a-3c widać, dzięki pomiarom przeprowadzonym w próbach doświadczalnych, gdzie braki zapłonu były spowodowane w badanym silniku, jak sygnał wysyłany przez czujniki 18, 18' zmienia się w funkcji braku zapłonu w jednym z cylindrów 3, 3'. W szczególności, fig. 3a pokazuje, że przy około 2000 obr./min i przy obciążeniu silnika około 15% napięcie (podane w woltach) na zaciskach czujników ciśnienia 18, 18', proporcjonalne do ciśnienia w rurach wydechowych 9, 9' jest prawie regularne z sześcioma okresowymi oscylacjami podczas jednego cyklu pracy silnika (pokazywane przy kącie obrotu wału korbowego 180° do 540°). Napięcie to jest pokazywane przez cienką linię, podczas gdy gruba linia pokazuje napięcie w przypadku braku zapłonu w pierwszym cylindrze. W tym przypadku widać wyraźnie, że przebieg napięcia ma pierwszą nieregulamość około 240° i drugą nieregulamość około 480°. Jednakże fig. 3b pokazuje, że przy około 4000 obr./min i przy obciążeniu silnika w przybliżeniu 100“% przebieg napięcia w przypadku prawidłowego zapłonu jest bardziej skomplikowany w odniesieniu do poprzedniego przypadku. Przebieg napięcia w przypadku braku zapłonu w pierwszym cylindrze (nadal pokazywany grubą linią) odbiega, około 400°, od regularnego przebiegu napięcia zapłonu (nadal przedstawiony cienką linią). Również fig. 3c pokazuje, że przy około 6000 obr./min i przy obciążeniu silnika około 100% przebieg napięcia na czujnikach ciśnienia 18, 18' jest odmienny w przypadku braku zapłonu w pierwszym cylindrze, zwłaszcza około 470°.

Podobnie na fig. 4a-4c pokazano, nadal dzięki pomiarom przeprowadzonym w badaniach doświadczalnych, jak sygnał wysyłany przez czujniki ciśnienia 18, 18' zmienia się w funkcji braku zapłonu w jednym z cylindrów 3, 3' niezależnie od tego, czy brak zapłonu jest spowodowany przez brak wtrysku paliwa, czy przez zapłon w cylindrze. W rzeczywistości widać, że przebieg napięcia w przypadku braku wtrysku (pokazano grubą linią) jest zasadniczo taki sam jak przebieg napięcia w przypadku braku zapłonu (pokazano linią przerywaną). Zgodność tę można stwierdzić zarówno przy małej prędkości obrotowej, to znaczy około 2000 obr/min i przy obciążeniu silnika około 15% (fig. 4a), przy średniej prędkości obrotowej, to znaczy przy około 4000 obr/min i przy obciążeniu silnika około 55% (fig. 4b) jak i przy dużej prędkości obrotowej, to znaczy przy około 6000 obr./min i przy obciążeniu silnika w przybliżeniu 100% (fig. 4c).

188 267

Na fig. 5a-5c pokazano, że współczynnik braku zapłonu mierzony jako funkcja cykli pracy silnika (zaznaczone na osi poziomej) wykazuje łatwe do wykrycia wyskoki, które odpowiadaj ją chwilom, w których brak zapłonu był eksperymentalnie powodowany w jednym z cylindrów silnika. Można to stwierdzić zarówno przy małej prędkości obrotowej, to znaczy przy około 1000 obr./min i przy obciążeniu silnika około 15% (fig. 5a), przy średniej prędkości obrotowej, to znaczy przy około 3000 obr./min i przy obciążeniu silnika około 55% (fig. 5b), jak i przy dużej prędkości obrotowej, to znaczy przy około 5000 obr./min i przy obciążeniu silnika około 100% (fig. 5c).

Na fig. 6 pokazano, że moduł pierwszych dziesięciu harmonicznych sygnału (w woltach) wysyłanego przez czujniki 18, 18' zmienia się dość wyraźnie od przypadku regularnego zapłonu we wszystkich cylindrach (oznaczone przez białe paski) do przypadku braku zapłonu w pierwszym cylindrze (oznaczone przez szare paski). Na rysunku pokazano moduł pierwszych dziesięciu harmonicznych obliczony przy prędkości obrotowej silnika 2000 obr./min i przy obciążeniu około 15%, to znaczy przypadek pokazany na fig. 3a i fig. 4a. Na rysunku widać wyraźnie, że w przypadku regularnego zapłonu moduł szóstej harmonicznej jest znacznie większy niż wszystkie inne moduły, natomiast w przypadku braku zapłonu w pierwszym cylindrze istnieje również znaczny udział modułów pierwszych harmonicznych, w szczególności pierwszych trzech. Jest oczywiste, że udział modułu każdej harmonicznej zależy od pewnych czynników, które trzeba rozważyć przy ustalaniu wartości progowych współczynnika braku zapłonu. Czynniki te obejmują, przykładowo, kształt rur wydechowych 9, 9', liczbę i kolejność zapłonu cylindrów 3, 3' każdego rzędu.

Wreszcie na fig. 7a-7c pokazano, że faza pierwszej harmonicznej zmienia się w funkcji położenia cylindra, w którym występuje brak zapłonu. Rzeczywiście, można zidentyfikować sześć oddzielnych obszarów, z których każdy odpowiada jednemu cylindrowi silnika, gdzie skupione są współrzędne biegunowe modułu i fazy pierwszej harmonicznej w chwili braku zapłonu. W szczególności widać, że wymienione współrzędne są skupione w sześciu sektorach, z których każdy obejmuje kąt 60°, których kolejność jest określona przez kolejność zapłonu w cylindrach, która w przedstawionym przykładzie wykonania jest 1-4-2-6-3-5 dla rzędu cylindrów 3. Uwzględniając fazę silnika tę zgodność można stwierdzić zarówno przy małej prędkości obrotowej, to znaczy przy około 2000 obr./min i przy obciążeniu silnika około 15% (fig. la), przy średniej prędkości obrotowej, to znaczy przy około 4000 obr./min i przy obciążeniu silnika około 100% (fig. 7b), jak i przy dużej prędkości obrotowej, to znaczy przy około 6000 obr./min i przy obciążeniu silnika około 100% (fig. 7c).

Jest oczywiste, że rodzaj próbkowania, analiza częstotliwości, a zwłaszcza sposób obliczania współczynnika braku zapłonu, mogą zmieniać się w zależności od rodzaju monitorowanego silnika. Podobnie również wartości progowe mogą zmieniać się w zależności od testów doświadczalnych przeprowadzanych na każdym typie silnika.

Wreszcie jest oczywiste, że sposób według wynalazku może być wykorzystywany w połączeniu z jednym lub wieloma znanymi sposobami.

188 267

-IW

188 267

800

700

600

500

400

300

200

100

	JJJ
0 30 60 90 120 150
	\|

100

188 267

	90’
180° .	Obszar C. 5 *	i	Obszar C. 1 ί Obszar C. 4	. 0’
			* Obszar C. 2
	Obszar C. 3		«* Obszar C. 6
			270°
			7- *73

Obszar C. 3	90’
X i*^x		g Obszar C. 5
Obszar C. 6 ^K		X M
X 180® ’ I 1 1 1 1			I °°
		i 4«—ι i i
		Obszar C. 1
» X Obszar C. 2	X - XX»*	Obszar C. 4
	270’

Ύίζι

Obszar C. 6 «ML ^M X	90’ « _» Obszar C. 3 V
180’ ... . .	Obszar C. S
‘x ¹ Obszar C. 2	X X
χ**
Obszar C. 4	Obszar C. 1
	270’

188 267

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wykrywania braku zapłonu w silniku spalinowym, polegający na mierzeniu wartości ciśnienia gazów spalinowych podczas co najmniej jednego cyklu pracy silnika i porównywaniu z wartością oczekiwaną, znamienny tym, że prowadzi się próbkowanie wartości ciśnienia gazów spalinowych z częstotliwością proporcjonalną do prędkości obrotowej wału korbowego, następnie analizuje się próbkowany sygnał ciśnienia w dziedzinie częstotliwości i na podstawie tej analizy wyznacza się współczynnik braku zapłonu, który porównuje się z co najmniej jedną wartością progową oraz stwierdza się ewentualny brak zapłonu w jednym lub wielu cylindrach silnika spalinowego.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że próbkowanie wartości ciśnienia gazów spalinowych rozpoczyna się z początkiem cyklu pracy silnika.
3. Układ do wykrywania braku zapłonu w silniku spalinowym, mający co najmniej jeden czujnik wartości ciśnienia gazów spalinowych w rurach wydechowych oraz komparator porównujący te wartości z wartością oczekiwaną, znamienny tym, że ma zespół sterowania (1), posiadający co najmniej jeden sterownik (2, 2'), połączony z co najmniej jednym czujnikiem (18, 18') wartości ciśnienia gazów spalinowych w rurach wydechowych (9, 9') oraz połączony z co najmniej jednym czujnikiem (14) obrotów wału korbowego, przy czym zespół sterowania (1) ma co najmniej jeden przetwornik analogowo-cyfrowy sygnału elektrycznego ciśnienia gazów spalinowych w rurach wydechowych (9, 9'), co najmniej jeden człon próbkujący sygnału przetworzonego do postaci cyfrowej połączony z pamięcią do przechowywania próbkowanego sygnału, jak również co najmniej jeden analizator próbkowanego sygnału w dziedzinie częstotliwości, stanowiący zarazem komparator porównujący współczynnik braku zapłonu z co najmniej jedną wartością progową.
4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że zespół sterowania (1) jest połączony z co najmniej jednym czujnikiem (16,16') obrotu wałka rozrządu (17).
5. Układ według zastrz. 3 albo 4, znamienny tym, że zespół sterowania (1) ma co najmniej jeden człon sterowania częstotliwością próbkowania połączony z czujnikiem (14) obrotów wału korbowego.
6. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że zespół sterowania (1) jest połączony z co najmniej jednym czujnikiem (4, 4') temperatury chłodziwa i co najmniej dwoma czujnikami (5, 5', 6, 6') temperatury i ciśnienia powietrza w kolektorach wlotowych (7, 7').
7. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że zespół sterowania (1) jest połączony z co najmniej jedną lampką sygnalizacyjną. (19, 19') sygnalizującą brak zapłonu w co najmniej jednym cylindrze (3, 3') silnika.
8. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że zespół sterowania (1) jest połączony z czujnikiem (21) położenia przepustnicy (22) silnika.
9. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że zespół sterowania (1) jest połączony z co najmniej jednym czujnikiem (13,13') temperatury w rurach wydechowych (9, 9').